通过线性摩擦焊接获得的改进的结构元件的制作方法_2

文档序号:9582838阅读:来源:国知局
[0031] 在如下一个实施方案中获得甚至更有利的延伸率,其中所述第一金属构件(10) 的晶粒的横向方向(T10)大体上垂直于焊接平面且优选地振荡方向大体上平行于所述第 一金属构件(10)的晶粒的平面方向(P10)。在另一个实施方案中可有利的是使所述第一金 属构件的晶粒的横向方向(T10)大体在焊接平面之内,以获得强度和疲劳的改进的结合。 有利地,所述第一金属构件(10)是锻造构件并且所述第二金属构件(11)是振荡构件。
[0032] 在本发明的一个实施方案中,为了方便起见,该实施方案被称为"老化之前焊接" 实施方案,在不被人工老化的回火(典型地T3或T4回火)中将所述第一金属构件线性摩 擦焊接,并且然后执行焊接后热处理。焊接后热处理可以包括溶液热处理和/或淬火和/ 或老化。优选地,焊接后热处理是在10至80小时期间在120°C到180°C之间的温度下执行 的老化处理。焊接物品通常被安置在一个炉中以执行焊接后热处理。在第一"老化之前焊 接"实施方案中有利的是所述第二金属构件(11)是铝合金锻制产品的形式,处于不被人工 老化的回火中,具有在纵向方向(L11)上的细长晶粒,其中根据ASTM E112在纵向定向的表 面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数 至少是1.5,并且其中所述第二金属构件(11)的细长晶粒的纵向方向(L11)被定位成大体 上垂直于焊接平面。优选地,在此第一"老化之前焊接"实施方案中,振荡方向大体上平行 于所述第二金属构件(11)的晶粒的平面方向(P11)。此第一"老化之前焊接"实施方案可 以例如通过图4例示。
[0033] 在第二"老化之前焊接"实施方案中有利的是所述第二金属构件(11)是铝合金锻 制产品的形式,处于不被人工老化的回火中,具有在纵向方向(L11)上的细长晶粒,其中根 据ASTM E112在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM E112在平面 定向的表面中的各向异性指数至少是1.5,并且其中所述第二金属构件(11)的细长晶粒的 纵向方向(L11)被定位成大体上在焊接平面之内并且其中所述第二金属构件(11)的晶粒 的横向方向(T11)大体上垂直于焊接平面。优选地,在此第二"老化之前焊接"实施方案中, 振荡方向大体上平行于所述第二金属构件(11)的晶粒的平面方向(P11)。此第二"老化之 前焊接"实施方案可以例如通过图5被例示。优选地,根据ASTM E112在纵向定向的表面中 的各向异性指数至少是6或甚至至少是8和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各 向异性指数至少是2或甚至至少是4。
[0034] 应注意,在"老化之前焊接"实施方案中,接合部有效系数(joint efficiency)尤 其高。如果为了方便起见接合部有效系数被限定为焊接物品的极限抗拉强度与最初构件的 L方向上的极限抗拉强度的比,"老化之前焊接"实施方案中的接合部有效系数是至少90% 且优选地至少92%。
[0035] 在本发明的另一个实施方案中,为了方便起见,该实施方案被称为"老化之后焊 接"实施方案,在焊接之前,所述第一金属构件在最后冶金回火(典型地T6、T7X或T8)中。 最后冶金回火指在最后产品中使用的并且不通过进一步老化处理来改性的冶金回火。通常 用于包含Li的铝合金的最后冶金回火是Τ8回火,用于7ΧΧΧ系列合金的最后冶金回火典型 地是T6或T7X回火,用于不包含Li的2XXX系列合金的最后冶金回火也可以是T3或T4回 火。
[0036] 在"老化之后焊接"实施方案中有利的是所述第二金属构件(11)是铝合金锻制产 品的形式,在最后冶金回火中,具有在纵向方向(L11)上的细长晶粒,其中根据ASTM E112 在纵向定向的表面中的各向异性指数至少是4和/或根据ASTM El 12在平面定向的表面中 的各向异性指数至少是1. 5,并且其中所述第二金属构件的细长晶粒的所述纵向方向被定 位成大体上在焊接平面之内。有利地,在此"老化之后焊接"实施方案中,所述第二金属构 件的晶粒的横向方向(T11)大体上垂直于焊接平面并且优选地振荡方向大体上平行于所 述第二金属构件的晶粒的平面方向(P11)。
[0037] 在"老化之后焊接"实施方案的另一个实施方案中,其可以在某些情况下具有疲劳 性能,所述第二金属构件的晶粒的横向方向(T11)大体上在焊接平面之内。
[0038] 本发明允许焊接由不同金属合金制成的构件。这可以涉及例如其屈服应力不同的 两种铝合金,或者一种铝合金和另一种金属诸如钛合金、钢、铜合金或镍基合金。当第一金 属构件和第二金属构件由铝合金制成时,获得尤其有利的特性。
[0039] 在铝合金中,本发明尤其对2XXX族合金、3XXX族合金、5XXX族合金、6XXX族合金、 7XXX族合金以及8XXX族合金是有利的。本发明对由铝锂类型铝合金制成的构件的线性摩 擦焊接是尤其有利的,所述铝锂类型铝合金即包含至少按重量计约〇. 5%的锂的铝合金。
[0040] 在本发明的范围内,选自组 AA2X39、AA2X24、AA2X50、AA2X55、AA2X60、AA2X76、 AA2X95、AA2X96、AA2X98、AA2X99中的2XXX合金构件是尤其有利的,并且选自组AA7X10、 AA7X40、AA7X49、AA7X50、AA7X75、AA7X81、AA7X85、AA7X99 中的 7XXX 合金构件是尤其有利 的。
[0041] 本发明方法尤其有利于制造结构物品,尤其是用于汽车或飞行器的结构物品。机 械构造的"结构物品"在此指其静态机械特性和/或动态机械特性对结构的性能尤其重要 的、并且通常对其规定或执行结构分析的机械零件。这些结构物品通常是其故障可能危及 所述构造、其使用者或其他人的安全的物品。对于飞行器,这些结构物品包括组成机身的零 件(诸如,机身蒙皮、纵梁、舱壁、周围框架)、组成机翼的零件(诸如,上机翼蒙皮或下机翼 蒙皮、纵梁或加强筋、肋条和翼梁)和由水平稳定器和垂直稳定器组成的机尾单元,以及地 板梁、座椅轨道和门。本发明方法尤其适合于肋条的制造。
[0042] 实施例
[0043] 实施例1
[0044] 已经准备了通过在T8回火中线性摩擦焊接AA2050乳制构件制成的物品。此实施 例例示了"老化之后焊接"实施方案。AA2050构件是从板材切割下的75X40X25mm的取样 片。AA2050构件具有纵向方向上的细长晶粒,其中根据ASTM E112在纵向定向的表面中的 各向异性指数是8. 75和/或根据ASTM E112在平面定向的表面中的各向异性指数是2. 5。 晶粒定向参考符合ASTM E112图7并且被表示在图2中。取样片通过接触40X25mm的部 段而被线性摩擦焊接,振荡方向是25mm尺寸的方向。表1中提供了 AA2050T8板材的机械 特性。
[0045] 表1 :在T8回火中用于焊接的AA2050板材的机械特性
[0047] 表2a和表2b中提供了多种测试样本的定向。作为一个实施例,图3中呈现了测 试样本5和测试样本6的锻造零件取样片,图3示出25mm尺寸、45mm尺寸和75mm尺寸的方 向。图5中呈现了测试样本5和测试样本6的配置。测试样本1和测试样本2是参考测试 样本并且测试样本3到9是根据本发明的。
[0048] 表2a-锻造构件的晶粒定向
[0049]
[0050] 表2b-振荡构件的晶粒定向
[0053] 通过在由汤姆森(Thomson)摩擦焊接公司制造的E20机器上实现焊接。表3中提 供了焊接条件。对于全部样本,熔化焊穿是2. 5mm。
[0054] 表3-实验性线性摩擦焊接参数
[0056] 表4中提供了焊接物品(LQ= 30mm)的抗拉测试的结果和疲劳测试的结果。图6 中呈现了极限抗拉强度(RJ和延伸率之间的平衡。
[0057] 表4一焊接的样本的机械测试

[0060] 图6示出对于锻造构件或振荡构件其细长晶粒的纵向方向都定位在焊接平面之 内的根据本发明的全部测试样本与不具有此特征的实施例1和实施例2相
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